準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井識(shí)別與有效性分析*

黃玉越 王貴文 宋連騰 王 松 張益粼 黃立良 賴(lài) 錦

1中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249 3中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083 4中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000

近年來(lái)，隨著北美地區(qū)頁(yè)巖油氣革命取得巨大成功，頁(yè)巖油等非常規(guī)油氣逐漸成為全球油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，為全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和石油工業(yè)發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)影響(鄒才能等，2015；杜金虎等，2019；趙文智等，2020)。準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組發(fā)育一大套湖相泥頁(yè)巖與云質(zhì)巖沉積，具咸化湖盆、細(xì)粒沉積、源儲(chǔ)一體、強(qiáng)非均質(zhì)性等特征，目前已取得頁(yè)巖油的工業(yè)突破，成為準(zhǔn)噶爾盆地頁(yè)巖油的重點(diǎn)勘探領(lǐng)域(匡立春等，2012；支東明等，2021)。

裂縫作為儲(chǔ)集層的有效儲(chǔ)集空間和滲流通道，其發(fā)育程度影響油氣產(chǎn)能的高低(高霞和謝慶賓，2007)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碳酸鹽巖及致密砂巖儲(chǔ)集層的裂縫研究較為充分(趙軍龍等，2012；賴(lài)錦等，2015;Joseetal.，2020)，隨著近年來(lái)頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，頁(yè)巖儲(chǔ)集層中的裂縫獲得了廣泛關(guān)注(丁文龍等，2011)。針對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層的裂縫發(fā)育特征與主控因素已取得了一定研究進(jìn)展(龍鵬宇等，2011；王濡岳等，2016)，形成了以常規(guī)測(cè)井為基礎(chǔ)，成像、陣列聲波等多種測(cè)井新技術(shù)相結(jié)合的裂縫識(shí)別方法(代鵬等，2015；Ghasemetal.，2016;Laietal.，2017)，但針對(duì)不同尺度裂縫的測(cè)井識(shí)別仍存在缺陷(呂文雅等，2016;Ghasemetal.，2020)。此外，裂縫有效性評(píng)價(jià)體系尚不完善，裂縫發(fā)育特征應(yīng)納入有效儲(chǔ)集層的分類(lèi)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(孫建孟等，2015)，裂縫對(duì)儲(chǔ)集層的貢獻(xiàn)也有待深入研究。

基于巖心觀(guān)察、薄片鑒定和掃描電鏡等方法，針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層的巖石學(xué)特征，利用常規(guī)測(cè)井和成像測(cè)井分析了裂縫發(fā)育特征，建立了頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井綜合識(shí)別圖版。在此基礎(chǔ)上將裂縫參數(shù)與儲(chǔ)集層特征相結(jié)合，分析頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫有效性，為頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫研究提供方法支撐。

1 地質(zhì)背景

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，屬于中央坳陷北端的次級(jí)構(gòu)造單元?，敽枷菥o鄰哈拉阿拉特山，西北部陡坡帶受烏夏斷裂帶及克百斷裂帶控制，西南部與中拐凸起相接，東部緩坡帶毗鄰達(dá)巴松凸起、夏鹽凸起、三個(gè)泉凸起、英西凹陷和石英灘凸起(圖1)。平面上瑪湖凹陷近橢圓形展布，走向?yàn)镹E-SW向，東西長(zhǎng)約50 km，南北長(zhǎng)約120 km，面積約5000 km2，為盆地內(nèi)重要的生烴凹陷(雷德文等，2017；王小軍等，2018；支東明等，2019；張昌民等，2020)。

瑪湖凹陷是在前石炭紀(jì)褶皺基底上、受多期周緣沖斷活動(dòng)控制而形成的石炭紀(jì)—第四紀(jì)凹陷，共經(jīng)歷海西、印支、燕山和喜山4期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。二疊紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，烏夏斷裂帶與克百斷裂帶的轉(zhuǎn)換帶附近應(yīng)力變化復(fù)雜，大型邊界斷裂廣泛分布，裂縫極其發(fā)育(匡立春等，2021)。二疊系發(fā)育齊全，自下而上依次發(fā)育5個(gè)組：佳木河組(P1j)、風(fēng)城組(P1f)、夏子街組(P2x)、下烏爾禾組(P2w)和上烏爾禾組(P3w)(何登發(fā)等，2018a，2008b)。

與吉木薩爾凹陷不同，瑪湖凹陷風(fēng)城組沉積向凹陷內(nèi)傾斜，為西北厚、東南薄的不對(duì)稱(chēng)箕狀凹陷。風(fēng)城組地層總厚度為200～800 m，分為風(fēng)城組一段(P1f1)、二段(P1f2)和三段(P1f3)(圖1)。受古氣候變化和火山活動(dòng)影響，風(fēng)城組形成了一套富含堿性礦物的咸化湖盆沉積體系(汪夢(mèng)詩(shī)等，2018)。風(fēng)一段沉積早期，火山活動(dòng)劇烈，陸源物質(zhì)供給較少，發(fā)育凝灰?guī)r等火山碎屑巖；隨湖平面升高及火山活動(dòng)減弱，風(fēng)一段頂部發(fā)育云質(zhì)頁(yè)巖、泥巖沉積。風(fēng)二段沉積時(shí)期，氣候變干旱，湖盆萎縮，鹽度增大，水體分層，呈現(xiàn)云質(zhì)頁(yè)巖與長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖交替出現(xiàn)的特征；在熱液作用下，深大斷裂附近發(fā)育堿性礦物。風(fēng)三段沉積時(shí)期，氣候變濕潤(rùn)，鹽度減小，陸源碎屑供給增多，發(fā)育泥質(zhì)粉砂巖、云質(zhì)頁(yè)巖等(張志杰等，2018)。

2 儲(chǔ)集層特征

2.1 巖石學(xué)特征

瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層的礦物成分豐富，巖性變化復(fù)雜，沉積構(gòu)造多變。基于MY1井13塊巖心樣品的XRD測(cè)試結(jié)果顯示，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層具有以下特征：黏土礦物含量較低，約占10%以下，主要為伊蒙混層；長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量較高，基本在40%以上，長(zhǎng)石類(lèi)型主要為斜長(zhǎng)石；碳酸鹽礦物含量較高，為30%～40%，以白云石和方解石為主，鐵白云石較少；此外，硅硼鈉石等堿性礦物發(fā)育，偶見(jiàn)分散狀自生黃鐵礦(圖2)。整體上瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性極強(qiáng)，呈現(xiàn)出明顯的細(xì)?；旆e特征。

根據(jù)礦物組分差異，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層劃分為云質(zhì)頁(yè)巖、灰質(zhì)頁(yè)巖、長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、黏土質(zhì)頁(yè)巖和混合質(zhì)頁(yè)巖5種主要巖石類(lèi)型(張益粼等，2021)。(1)云質(zhì)頁(yè)巖：研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，常與長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖互層。巖石表面常見(jiàn)不規(guī)則云化，裂縫發(fā)育。鏡下白云石顆粒細(xì)小且晶形較好，偶見(jiàn)硅硼鈉石條帶(圖3-a，3-d，3-e)。(2)灰質(zhì)頁(yè)巖：在風(fēng)二段較發(fā)育，常與長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖互層。巖心偶見(jiàn)縫合線(xiàn)，鏡下可見(jiàn)條帶狀方解石層(圖3-b)。(3)長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖：研究區(qū)內(nèi)最發(fā)育，常與云質(zhì)頁(yè)巖互層。巖心可見(jiàn)長(zhǎng)英質(zhì)條帶及團(tuán)塊(圖3-c)。(4)黏土質(zhì)頁(yè)巖：研究區(qū)內(nèi)發(fā)育較少，多呈薄夾層出現(xiàn)(圖3-f)。(5)混合質(zhì)頁(yè)巖：礦物組分混雜，沉積構(gòu)造較少。巖心多呈厚層塊狀產(chǎn)出，鏡下長(zhǎng)英質(zhì)與碳酸鹽礦物雜亂分布。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造位置與風(fēng)城組地層柱狀圖及構(gòu)造剖面圖(據(jù)朱世發(fā)等，2015；有修改)Fig.1 Structural location，stratigraphic histogram of the Fengcheng Formation and structural profile in Mahu sag，Junggar Basin(modified from Zhu et al.，2015)

圖2 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層全巖 X 射線(xiàn)衍射分析(MY1井)Fig.2 Whole rock X-ray diffraction analysis of the Fengcheng Formation shale reservoir in Mahu sag(Well MY 1)

2.2 儲(chǔ)集空間特征

根據(jù)薄片鑒定與掃描電鏡分析結(jié)果，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間包括粒間孔、晶間孔、溶蝕孔和有機(jī)質(zhì)孔4種孔隙類(lèi)型及裂縫。風(fēng)城組埋藏較深且為細(xì)粒沉積，長(zhǎng)期機(jī)械壓實(shí)作用下保留形成的原生粒間孔形態(tài)多呈不規(guī)則狀，孔徑較小且連通性較差(圖3-g)。云化形成的白云石晶間孔孔徑較小但常與裂縫、溶蝕孔伴生，連通性較好(圖3-h)。溶蝕孔包括晶間溶孔和粒內(nèi)溶孔。晶間溶孔孔徑大小不等，在微裂縫溝通條件下可有效改善儲(chǔ)集層物性(許琳等，2019)。粒內(nèi)溶孔在長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物中可見(jiàn)，零星分布且連通性差，對(duì)儲(chǔ)集層物性貢獻(xiàn)較小(圖3-i)。有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育較少，呈近圓形和狹縫狀，分布較分散。裂縫和溶孔的良好配置關(guān)系以及廣泛發(fā)育的微裂縫可有效改善儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集空間，后期溶蝕還為流體提供了有利運(yùn)移通道(陳磊等，2012；鄒妞妞等，2015)。

a—云質(zhì)頁(yè)巖，可見(jiàn)明顯“碳酸鹽+長(zhǎng)英質(zhì)+有機(jī)質(zhì)”三元紋層結(jié)構(gòu)，4789.56 m，正交偏光；b—灰質(zhì)頁(yè)巖，可見(jiàn)方解石層被茜素紅染成紅色，4755.35 m，正交偏光；c—長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖，可見(jiàn)長(zhǎng)英質(zhì)紋層與暗色有機(jī)質(zhì)紋層互層，4694.23 m，正交偏光；d—云質(zhì)頁(yè)巖，可見(jiàn)硅硼鈉石條帶，4755.36 m，正交偏光；e—白云石、石英顆粒間充填伊蒙混層，部分溶蝕，4702.33 m，掃描電鏡；f—白云石晶間孔隙中充填片狀伊蒙混層，部分溶蝕，4762.25 m，掃描電鏡；g—粒間孔，4709.43 m，掃描電鏡；h—晶間孔，邊緣溶蝕，4849.25 m，掃描電鏡；i—白云石粒內(nèi)溶孔，4709.43 m，掃描電鏡。圖中代號(hào)說(shuō)明：Q為石英，D為白云石，I/S為伊蒙混層圖3 瑪湖凹陷風(fēng)城組MY1井頁(yè)巖儲(chǔ)集層巖石發(fā)育特征與儲(chǔ)集空間類(lèi)型Fig.3 Rock development characteristics and reservoir space types of the Fengcheng Formation shale reservoir of Well MY1 in Mahu sag

圖4 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層孔滲交匯圖Fig.4 Cross-plot of porosity and permeability of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag

2.3 儲(chǔ)集層物性特征

儲(chǔ)集層物性影響儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能與流體滲流能力。MY1井48塊樣品的物性分析顯示，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層孔隙度較低，滲透率變化較大。儲(chǔ)集層總孔隙度為0.17%～5.99%，平均為2.04%；滲透率為0.0005×10-3μm2～232.36×10-3μm2，平均為5.743×10-3μm2，近90%的樣品滲透率小于1×10-3μm2，屬于低孔低滲型頁(yè)巖儲(chǔ)集層(圖4)。低孔隙度區(qū)間的部分樣品仍表現(xiàn)出較高的滲透率，反映了裂縫對(duì)儲(chǔ)集層物性的改善(王松等，2018)。

3 裂縫成因類(lèi)型與發(fā)育特征

3.1 裂縫成因類(lèi)型

基于巖心及薄片觀(guān)察分析結(jié)果，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層主要發(fā)育構(gòu)造裂縫和成巖裂縫2種成因類(lèi)型。構(gòu)造裂縫是研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)集層中最常見(jiàn)的裂縫類(lèi)型。根據(jù)力學(xué)機(jī)制差異，可進(jìn)一步劃分為剪裂縫與張裂縫。(1)剪裂縫：裂縫較平直，裂縫面光滑，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，以高角度裂縫為主，延伸較遠(yuǎn)，一般未被充填(圖5-a)。(2)張裂縫：裂縫面較粗糙，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸距離短，常切穿頁(yè)巖層面，常被方解石充填(圖5-b)。成巖裂縫包括層間頁(yè)理縫和超壓裂縫。層間頁(yè)理縫形成于具剝離線(xiàn)理的平行層理紋層面間，張開(kāi)度較小，多數(shù)被方解石完全充填(圖5-c)。超壓裂縫是由生烴過(guò)程中的異常流體壓力產(chǎn)生，以低角度為主，延伸距離短，常被方解石充填(圖5-d)。

3.2 裂縫發(fā)育特征

巖心觀(guān)察作為研究裂縫最直觀(guān)的方法，直接反映儲(chǔ)集層裂縫發(fā)育特征。通過(guò)對(duì)研究區(qū)MY1井風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層289 m長(zhǎng)巖心的觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層的不同尺度裂縫發(fā)育廣泛，局部因裂縫的密集發(fā)育而破碎嚴(yán)重。根據(jù)裂縫傾角，研究區(qū)裂縫劃分為高角度裂縫、斜交縫與低角度裂縫。構(gòu)造裂縫多為高角度裂縫，裂縫延伸長(zhǎng)度為0.1～2 m，充填較少且開(kāi)啟程度高，有利于儲(chǔ)集層的油氣運(yùn)聚(潘曉添等，2013)。成巖裂縫主要呈低角度裂縫和近水平裂縫出現(xiàn)，斜交縫發(fā)育較少。根據(jù)裂縫充填情況，研究區(qū)裂縫劃分為充填裂縫與未充填裂縫。通過(guò)巖心及薄片觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，絕大部分裂縫未被充填，少部分被方解石、瀝青質(zhì)或泥質(zhì)充填，極少數(shù)裂縫可見(jiàn)油跡(圖6)。

4 裂縫測(cè)井識(shí)別

4.1 常規(guī)測(cè)井識(shí)別

a—剪裂縫，F(xiàn)N4井，4260.24 m；b—方解石充填張裂縫，MY1井，4835.35 m；c—層間頁(yè)理縫，MY1井，4808.59 m；d—超壓裂縫，MY1井，4829.41 m圖5 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層巖心裂縫成因類(lèi)型Fig.5 Genetic types of core fractures in shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag

風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層整體上為細(xì)粒沉積巖，風(fēng)城組沉積時(shí)期的高頻湖平面振蕩，使得頁(yè)巖儲(chǔ)集層在縱向上紋層與薄層相互疊置，顯示出極強(qiáng)的非均質(zhì)性(余寬宏等，2016)。因此巖性變化對(duì)自然電位(SP)和井徑(CAL)的影響遠(yuǎn)大于對(duì)裂縫的影響，無(wú)法利用SP和CAL識(shí)別裂縫。而孔隙度測(cè)井對(duì)裂縫表現(xiàn)出較明顯的響應(yīng)，其中裂縫處的聲波時(shí)差曲線(xiàn)(AC)常出現(xiàn)顯著增大，密度測(cè)井(DEN)一般出現(xiàn)微弱減小，而中子測(cè)井(CNL)表現(xiàn)出明顯增大。與巖性測(cè)井、孔隙度測(cè)井相比，電阻率測(cè)井對(duì)裂縫最為敏感，裂縫處對(duì)應(yīng)的電阻率曲線(xiàn)均表現(xiàn)出顯著降低。利用常規(guī)測(cè)井在MY1井4632.5～4657.5 m共識(shí)別出6個(gè)裂縫發(fā)育段(圖7)，與巖心和成像測(cè)井對(duì)比發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)育情況基本吻合，且孔隙度測(cè)井與電阻率測(cè)井的裂縫響應(yīng)最為明顯。此外，裂縫的傾角及開(kāi)啟程度不同，其常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征不同，且各常規(guī)測(cè)井方法對(duì)裂縫的敏感程度亦有差異。常規(guī)測(cè)井對(duì)于識(shí)別裂縫發(fā)育段的約束效果較明顯，但無(wú)法對(duì)單一裂縫進(jìn)行精細(xì)識(shí)別。

4.2 成像測(cè)井識(shí)別

a—高角度未充填裂縫，MY1井，4817.3 m；b—低角度裂縫，可見(jiàn)油跡，MY1井，4744.27 m；c—充填裂縫，方解石充填，MY1井，4704.8 m；d—裂縫未被充填，鑄體薄片，F(xiàn)N14井，4023.04 m；e—低角度裂縫，MY1井，4770.43 m；f—充填裂縫，瀝青質(zhì)充填，MY1井，4776.11 m圖6 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫發(fā)育特征Fig.6 Fracture development characteristics of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag

圖7 瑪湖凹陷MY1井風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫常規(guī)測(cè)井識(shí)別Fig.7 Conventional logging identification of shale reservoir fractures in the Fengcheng Formation of Well MY1 in Mahu sag

微電阻率掃描成像測(cè)井(FMI)作為呈現(xiàn)環(huán)井壁巖石高分辨率圖像的測(cè)井新技術(shù)，是目前測(cè)井識(shí)別裂縫最有效的方法。成像測(cè)井可顯示環(huán)井壁巖石360°全方位的圖像信息，縱向分辨率高達(dá)5 mm，因此可基于井壁巖石的非均質(zhì)性而清晰反映裂縫、層理等不同地質(zhì)特征的差異(賴(lài)錦等，2015)。一般而言，裂縫在成像測(cè)井圖像中呈現(xiàn)出正弦曲線(xiàn)特征，且正弦曲線(xiàn)的寬度、幅度等特征受裂縫開(kāi)度、傾角等影響。成像測(cè)井圖像的顏色體現(xiàn)的是電阻率差異，反映裂縫的充填情況，亮色反映高阻充填，暗色反映低阻充填。對(duì)于未充填裂縫，由于鉆井液的侵入導(dǎo)致裂縫的電阻率明顯低于圍巖，呈現(xiàn)低阻暗色條紋(Laietal.，2018)。

基于裂縫成因類(lèi)型與發(fā)育特征研究結(jié)果，根據(jù)裂縫的傾角與充填情況，可將研究區(qū)主要裂縫發(fā)育類(lèi)型總結(jié)為低角度未充填裂縫、高角度未充填裂縫和充填裂縫。通過(guò)對(duì)MY1井裂縫的成像測(cè)井識(shí)別發(fā)現(xiàn)，成像測(cè)井對(duì)高角度裂縫的響應(yīng)靈敏，圖像表現(xiàn)出極其明顯的高幅度正弦曲線(xiàn)特征。但由于風(fēng)城組頁(yè)巖薄紋層互層極其發(fā)育，低角度裂縫與層理面產(chǎn)狀相近，且頁(yè)巖裂縫的開(kāi)度較小，兩者的成像測(cè)井圖像特征極其相似，因此對(duì)部分低角度裂縫的成像測(cè)井拾取工作較為困難。故作者將成像測(cè)井與巖心資料進(jìn)行對(duì)比與標(biāo)定，將巖心深度歸位到測(cè)井深度，從而使成像測(cè)井與巖心資料相匹配，提出了“常規(guī)+成像+巖心”的頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井綜合識(shí)別方法。

4.3 裂縫測(cè)井識(shí)別圖版

通過(guò)歸納MY1井典型天然裂縫類(lèi)型的測(cè)井響應(yīng)特征，建立瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井綜合識(shí)別圖版。(1)低角度未充填裂縫。巖心上可見(jiàn)明顯的多組近平行于紋層發(fā)育的未充填裂縫，裂縫開(kāi)度較小，部分可見(jiàn)油跡；FMI動(dòng)態(tài)圖像上可見(jiàn)多組不規(guī)則的狹窄黑色正弦條帶，整體幅度較??；常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)中GR值較高，CNL出現(xiàn)微弱增大，電阻率曲線(xiàn)呈現(xiàn)明顯降低(圖8-a)。(2)高角度未充填裂縫。巖心上可見(jiàn)明顯的高角度未充填裂縫切穿多組紋層，裂縫周?chē)梢?jiàn)油跡；FMI動(dòng)態(tài)圖像上呈現(xiàn)為明顯的暗色正弦曲線(xiàn)特征，整體幅度較大；常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)中DEN出現(xiàn)明顯減小，AC基本無(wú)變化，電阻率曲線(xiàn)呈現(xiàn)明顯降低(圖8-b)。(3)充填裂縫。巖心可見(jiàn)高角度充填裂縫，方解石充填；FMI動(dòng)態(tài)圖像為明顯亮色正弦曲線(xiàn)特征。常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)無(wú)明顯偏差，僅電阻率曲線(xiàn)略有降低(圖8-c)。

4.4 單井裂縫識(shí)別

基于“常規(guī)+成像+巖心”的頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井綜合識(shí)別方法，MY1井風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層289 m共識(shí)別出112條裂縫，其中絕大多數(shù)為未充填裂縫，共87條，充填裂縫僅有25條。裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)裂縫傾角范圍為3.17°～84.62°，高角度裂縫共56條，平均傾角為78°；低角度裂縫共34條，平均傾角為8°；斜交縫發(fā)育最少，僅22條(圖9)?？v向上，風(fēng)城組各小層段的裂縫發(fā)育特征亦存在一定差別。風(fēng)三段天然裂縫發(fā)育最為密集，其中低角度裂縫在頂部集中發(fā)育，高角度裂縫發(fā)育較為均勻；風(fēng)一段裂縫發(fā)育程度次之，主要以高角度裂縫為主；而風(fēng)二段中部裂縫的發(fā)育程度較低。

a—低角度未充填裂縫；b—高角度未充填裂縫；c—充填裂縫圖8 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井綜合識(shí)別圖版(MY1井)Fig.8 Comprehensive identification chart of shale reservoir fracture logging of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY1)

圖9 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井識(shí)別結(jié)果(MY1井)Fig.9 Fracture logging identification results of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY1)

圖10 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層成像測(cè)井裂縫參數(shù)統(tǒng)計(jì)(MY1井)Fig.10 Statistics of imaging logging fracture parameters of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY 1)

5 裂縫有效性分析

5.1 裂縫參數(shù)

基于MY1井“常規(guī)+成像+巖心”的裂縫識(shí)別結(jié)果，對(duì)裂縫參數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算。以裂縫面密度為1.5 m/m2為界限，從風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層選取19個(gè)裂縫發(fā)育段，結(jié)合裂縫產(chǎn)狀與充填程度將其劃分為低角度未充填裂縫發(fā)育段、高角度未充填裂縫發(fā)育段和高角度充填裂縫發(fā)育段，進(jìn)而探討裂縫與儲(chǔ)集層的關(guān)系。

5.2 巖性及礦物組分

巖性及礦物組分的差異一定程度上影響儲(chǔ)集層裂縫的發(fā)育程度。根據(jù)巖心觀(guān)察及發(fā)育裂縫巖性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，天然裂縫主要在云質(zhì)頁(yè)巖、長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖和混合質(zhì)頁(yè)巖中發(fā)育，平均裂縫線(xiàn)密度可達(dá)3～4條/m，而灰質(zhì)泥頁(yè)巖和黏土質(zhì)泥頁(yè)巖相對(duì)不發(fā)育裂縫(圖11-a)。一般情況下，巖石中脆性礦物組分的含量越高，巖石的裂縫發(fā)育程度越高。結(jié)合元素俘獲測(cè)井巖性剖面數(shù)據(jù)及XRD分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著石英、白云石等脆性礦物含量的增加，裂縫線(xiàn)密度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，反映裂縫的集中發(fā)育程度增大(圖11-b，11-c)；而隨著黏土礦物等塑性成分的增加，巖石不易發(fā)生破裂，裂縫的發(fā)育程度降低(圖11-d)。其中在裂縫線(xiàn)密度大于4條/m以上的巖石中，石英、白云石的含量普遍高于30%，黏土礦物含量低于10%。

圖11 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫與巖性及礦物組分的關(guān)系(MY1井)Fig.11 Relationship between fractures and lithology and mineral composition of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY 1)

5.3 現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力

由MY1井風(fēng)城組頁(yè)巖段的裂縫走向玫瑰圖(圖9)可以看出，裂縫整體走向?yàn)榻派錉睿渲形闯涮盍芽p的走向?yàn)镹W-SE向，次之為近EW向；充填裂縫的走向集中在近EW向。井壁崩落方向?yàn)镹E-SW向，反映水平最小主應(yīng)力方向，即水平最大主應(yīng)力方向?yàn)镹W-SE向(圖9)。多數(shù)未充填裂縫走向與水平最大主應(yīng)力方向近平行及夾角在30°以?xún)?nèi)，裂縫開(kāi)度相對(duì)較大，裂縫連通性較好，裂縫有效性強(qiáng)，易于壓裂提高產(chǎn)能，與產(chǎn)液剖面結(jié)果對(duì)應(yīng)吻合；而充填裂縫及部分未充填裂縫對(duì)應(yīng)的夾角近垂直或大于30°，裂縫的有效性差，對(duì)應(yīng)產(chǎn)液較低(黃繼新等，2006；Laietal.，2021)(圖12)。

圖12 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井綜合評(píng)價(jià)成果(MY1井)Fig.12 Comprehensive evaluation results of fracture logging of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY1)

綜合巖性及礦物組分、裂縫發(fā)育特征及裂縫參數(shù)、現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力等因素，分析了裂縫有效性對(duì)儲(chǔ)集層的貢獻(xiàn)。隨著石英、白云石等脆性礦物含量的增高，以長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、云質(zhì)頁(yè)巖為代表的巖石裂縫發(fā)育程度明顯增高。未充填裂縫的有效性明顯優(yōu)于充填裂縫，高角度未充填裂縫略?xún)?yōu)于低角度未充填裂縫。裂縫走向與水平最大主應(yīng)力方向近平行及夾角在30°以?xún)?nèi)的裂縫有效性好，易于壓裂以提高產(chǎn)能。MY1井4579～4852 m段試油結(jié)果顯示，日產(chǎn)油20.78 t，裂縫綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與產(chǎn)液資料匹配基本吻合(圖12)。

6 結(jié)論

1)準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層礦物成分豐富，非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫發(fā)育。儲(chǔ)集層基質(zhì)孔隙度較低，滲透率變化較大，裂縫發(fā)育有效改善了儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能。

2)風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫主要發(fā)育構(gòu)造裂縫與層間縫，以高角度裂縫為主，低角度裂縫次之，斜交縫較少。裂縫多未被充填，少部分被碳酸鹽礦物充填。通過(guò)對(duì)裂縫成因類(lèi)型與發(fā)育特征研究，實(shí)現(xiàn)了“常規(guī)+成像+巖心”的頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫測(cè)井識(shí)別，建立了典型裂縫發(fā)育類(lèi)型的測(cè)井綜合識(shí)別圖版。

3)基于裂縫參數(shù)定量表征結(jié)果，結(jié)合巖性與地應(yīng)力等因素綜合分析了儲(chǔ)集層裂縫有效性。結(jié)果表明，脆性礦物組分含量高、走向平行于現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力的高角度未充填裂縫發(fā)育段對(duì)有效儲(chǔ)集層分布存在明顯的控制作用，與產(chǎn)液資料較為吻合。此裂縫測(cè)井綜合評(píng)價(jià)方法效果顯著，可為頁(yè)巖儲(chǔ)集層裂縫識(shí)別與有效性評(píng)價(jià)提供方法支撐。

致謝感謝國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：41872133)以及中國(guó)石油—中國(guó)石油大學(xué)(北京)戰(zhàn)略合作協(xié)議(編號(hào):ZLZX2020-01-05-03)對(duì)本研究的支持，感謝中國(guó)石油新疆油田分公司所提供的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)感謝審稿專(zhuān)家提出的寶貴意見(jiàn)和建議。